引言公共建筑的基本能耗主要由暖通空调、照明、动力等构成。其中，空调系统占比超过50%，而制冷机房在空调能耗中的占比达到50%~60%。推进制冷机房的能效提升将在公共建筑乃至整个社会的节能降耗工作中发挥关键作用。因此，打造高效制冷机房成为降低公共建筑整体能耗的有效方式[1-2]。1高效制冷机房定义及能耗分析高效制冷机房的评价标准为EER值≥5，EER值是机房总制冷量与制冷机房系统总耗电量的比值。EER值越高，说明机房系统效率越高。机房能效分布情况如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F001图1机房能效分布情况传统制冷机房能耗高的原因主要是建筑负荷动态变化，外界环境、人员在室率等因素对负荷有显著影响。负荷计算时，设计院通常选用估算峰值，导致设计负荷偏大，设备选型偏大。水利计算时，未能有效进行管网降阻，在满足室内舒适度的前提下，末端设备负荷偏大。多因素共同导致实际运行过程中机组设备未在高效区运行，造成浪费。在设备安装交付后，如果没有专业团队进行调适运维，控制系统未进行有效的控制优化，可能存在管路水系统结垢、末端设备换热效率低下、用户末端欠流量、水泵扬程过高且能效低下、冷冻水系统和冷却水系统水力不平衡、两器温差过小、冷却塔效率低下等问题。机房施工过程涉及设计、设备厂家、施工等单位，各单位未能进行有效合理的沟通也是机房能效低下的重要原因之一。2项目概况信阳市某大型商业综合体项目位于河南省信阳市平桥区，属于夏热冬冷地区。建筑的墙体材料：240 mm厚外墙；窗户材料与遮阳情况：干挂+LOW-E双层玻璃；人员设备运行作息时间：9：00~21：00；集中空调制冷机房系统运行时间：9：30~21：00。商业部分B-1#楼为一类高层公共建筑，地上六层，地下二层，建筑高度33.7 m，建筑面积共29.3万m2，地上建筑面积为13.1万m2，地下建筑面积为16.2万m2，供冷建筑面积约18万m2。该项目供冷系统形式为中央空调集中供冷、供暖，冷源采用4台制冷量7 033 kW的离心式冷水机组（定频3台、变频1台），放置于地下二层制冷机房，机组功率为1 172 kW，冷冻水供水温度为7 ℃，冷冻水供回水温差为5 ℃；冷却水供水温度为30 ℃，冷却水供回水温差为5 ℃。系统包含冷却塔8台（设置在B-1#楼屋面）、变频冷却泵4台、变频冷冻泵4台，冷水系统采用一次泵，空调水系统竖向采用异程式，水平采用同程式。集中空调制冷机房系统冷冻泵、冷却泵、冷却塔参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.T001表1集中空调制冷机房系统冷冻泵、冷却泵、冷却塔参数设备电动机铭牌功率/kW水泵扬程/m流量/(m3/h)冷冻泵200401 400冷却泵185271 660冷却塔458 0003建筑逐时负荷计算通过DesginBuilder软件建立项目模型，对建筑负荷进行模拟计算[3-4]。典型建筑逐时负荷计算流程如图2所示。室内空调设计参数和室外计算参数如表2和表3所示。系统全年逐时负荷如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F002图2典型建筑逐时负荷计算流程10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.T002表2室内空调设计参数季节室内温度/℃相对湿度/%新风量/[m3/(h·p)]风速/(m/s)冬季1845300.15夏季2655300.2510.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.T003表3室外计算参数季节干球温度/℃湿球温度/℃相对湿度/%平均风速/(m/s)夏季34.927.42.2冬季-6612.710.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F003图3系统全年逐时负荷4高效制冷机房优化措施4.1水系统优化取消二次泵。该措施满足建设高效机房能源机房管道布置空间要求。措施取消原设计5台冷冻水二次泵、2台全程水处理仪器。针对1台智能加药软化真空排气四合一机组，调整分集水器位置，将分集水器移除机房外设置。同时利于分区控制，确保功能区域有效标高，调整分集水器支路数量，由原设计5路供回水改为10路供回水。异程改同程，取消平衡阀。为后期调试运行及节能提供硬件支持，调整空调水系统，由原设计异程管路修改为同程管路，取消原设计平衡阀。水系统取消平衡阀优化如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F004图4水系统取消平衡阀优化降低管阻措施。确保负一层有效标高，调整冷冻水管水平管走向，由原设计负一层布管改为负二层布管。选用低阻力机组，采用顺水三通替代正三通，采用45°弯头替代90°弯头，以降低管阻。在总管上安装低阻力过滤器，替代水泵前单个过滤器降低水阻，BIM深化设计时减少弯头数量。现场管网倾角优化如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F005图5现场管网倾角优化4.2BIM深化控制及模块化技术应用采用中央空调成套能效控制平台，平台集成供电系统、中央空调控制系统、冷冻水系统、冷却水系统和冷却塔系统，实现了系统的全自动化运行和远程智能控制。采用空调末端智能控制监控平台，平台能够实时监控末端的运行状态，末端采用智能控制器，实现大温差控制，采用人体舒适智能控制技术，实现末端风机节能率20%~40%，中央空调机房节能率5%~10%[5-6]。4.3系统控制优化以冷机能效特性为核心，解决制冷系统能效耦合问题，实现冷却水泵、冷却塔风机、冷机的能耗和最低；按需调节冷机台数及出水温度，降低机组能耗。通过机组设备群控、冷冻水变流量系统控制、系统温差控制等措施实现冷却塔变频逼近度控制。系统变温差控制流程如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.F006图6系统变温差控制流程4.4能耗监控及调试运维通过能耗监测系统监视的性能指标：集中空调制冷机房系统各台冷水机组的能源效率；集中空调制冷机房系统各类设备的效率，包括冷水输送系数、冷却水输送系数等；集中空调制冷机房系统中制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等各类设备单独能耗占集中空调制冷机房系统总能耗的比例，包括瞬时值、累计值或平均值，以图表形式显示并生成报告。根据高效机房深化设计的效率目标及运行要求，实施精细化调试、诊断、分析报告工作。冷冻水供水温度达到设计值±0.5 ℃、末端系统满负荷及部分负荷运行的条件下，冷冻水主管供回温差≥设计温差-0.5 ℃。完成机房暖通系统的精细化调试工作后，进行节能控制系统的半自动、全自动运行模式调试工作。在2020年6月1日至6月15日监测制冷系统，运行期间累计制冷量为1 095 649.8 kWh，机组累积耗电量为157 892 kWh，冷冻水泵耗电量为13 978.1 kWh，冷却水泵耗电量为11 097.7 kWh冷却塔耗电量为6 239.7 kWh。5经济性分析5.1冷却水系统取消原屋面设计的16只DN350电动调节阀及32只DN150电动调节阀，同时取消冷冻机房4只DN450过速器，节约设备成本62万元左右。取消4台15 kW旁流水处理器及相应管道阀门及配电，节约成本22万元。屋面增加16只水利稳压器，冷冻机房增加1只DN900集中式过滤器增加设备成本35万元。增加52 m DN900水管，成本增加8万元。5.2冷冻水系统取消原设计4台一次冷冻泵前DN450过滤器，增加一个DN700集中过滤器，节约投资成本5万元。取消智能加药软化真空排气四合一机组1台，取消DN700全程水处理仪2台及对应DN700闸阀6只，节约成本42万元。取消3台200 kW二次变频供水系统及2台37 kW二次变频供水及配套控制柜，4台一次供水泵功率增大68 kW，成本节约52万元。取消二次泵相应阀组及相应设备及系统连接管道及管件，成本节约48万元。取消二次水系相应配电端，成本节约15万元。取消的各类阀门共节约成本125万元。原设计1-1-9号营并到集分水器，由几个管井共用3路异程水管供回水改为9路水管单独供每一个管井，2-1-9管井到集分水器由几个管井共用2路异程水管供回水，改为由1路同程水管供回水，管道费用增加约75万元。楼层两管异程供水管改三管同程，取消负一层热水供回水水管，管道投资费用增加60万元。5.3热水系统取消原设计3台55 kW变顺热水循环泵及配套控制柜，设备成本节约29万元。通过对电缆进行改造，投资节约成本12万元。取消热水泵对应阀组DN300闸阀6个、DN300止回阀3个、DN300Y 90万元型过滤器3个、DN300橡胶软接6个，节约成本12万元。取消与热水系连接管道及管件，节约成本约5万元。取消囊式补水定压机组及其相应配套设施，节约成本6万元。取消18 m3/h全自动软水装置及18 m3软水箱，节约成本16万元。取消DN400全程综合水处理仪及对应3个DN400阀门，节约成本10万元。建设投资效益如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.011.T004表4建设投资效益项目机房控制设备末端控制设备建设投资/万元210125单位面积能耗费用/(元/m2)14.375行业单位面积能耗费用/(元/m2)22.5节能率/%3630年节能费用/万元13047投资回收期/a1.62.76结语制冷机房能耗高的主要原因是负荷估算偏大，导致设备选型偏大。在进行水利计算时，未能有效进行管网降阻，从而导致在实际运行过程中系统各设备未在高效区运行，造成能源浪费。通过监控数据分析，机组累计耗电量占比达到83.4%，冷冻泵耗电量占比达到7.38%，冷却水泵耗电量占比达到5.86%，冷却塔耗电量占比达到3.29%。在制冷机房中对机组的控制及输配系统进行优化，节能效果显著。